Структура аспартатной тРНК из E. Coli

Структура аспартатной тРНК из E. Coli .

(PDB ID: 1c0a - Crystal Structure Of The E. Coli Aspartyl-tRNA Synthetase : Trnaasp : Aspartyl-Adenylate Complex)

Автор: Андреева Мария

Аннотация:

Исследование и анализ вторичной и третичной структуры тРНК (PDB ID – 1c0a) биоинформатическими методами.

Ключевые слова:

·  аспартатная тРНК,

·  вторичная и третичная структура тРНК,

·  «клеверный» лист,

·  L-форма,

·  антикодон.

Введение:

Транспортные рибонуклеиновые кислоты (тРНК) – обязательные участники процесса трансляции. Их основное назначение – доставлять активированные остатки аминокислот в рибосому и обеспечивать их включение в синтезирующуюся белковую цепь в соответствии с программой, записанной генетическом кодом в матричной, или информационной, РНК (мРНК). Как известно, тРНК имеет вторичную структуру, характеризующуюся наличием четырех стеблей и трех петель, которая получила название «клеверного листа»[1]. В пространстве этот «клеверный лист» складывается следующим образом: за счет стэкинга оснований акцепторный стебель и Т-стебель образуют одну непрерывную двойную спираль, а два других стебля – антикодоновый и D – вторую, сворачиваясь в особую третичную структуру – так называемую L-форму[1].

Целью моей работы являлось изучение особенностей строения вторичной и третичной структуры тРНК 1c0a и контакты, поддерживающие такую структру.

Результаты:

1.  В PDB файле можно обнаружить такой фрагмент:

SEQRES 1 B 77 G G A G C G G 4SU A G U U C

SEQRES 2 B 77 A G H2U C G G H2U H2U A G A A U

SEQRES 3 B 77 A C C U G C C U QUO U C A C

SEQRES 4 B 77 G C A G G G G G7M U C G C G

SEQRES 5 B 77 G G 5MU PSU C G A G U C C C G

SEQRES 6 B 77 PSU C C G U U C C G C C A

MODRES 1C0A 4SU B 608 4-THIOURIDINE-5'-MONOPHOSPHATE

MODRES 1C0A H2U B 616 5,6-DIHYDROURIDINE-5'-MONOPHOSPHATE

MODRES 1C0A H2U B 620 5,6-DIHYDROURIDINE-5'-MONOPHOSPHATE

MODRES 1C0A H2U B 620A 5,6-DIHYDROURIDINE-5'-MONOPHOSPHATE

MODRES 1C0A QUO B 634

MODRES 1C0A G7M B 646 N7-METHYL-GUANOSINE-5'-MONOPHOSPHATE

MODRES 1C0A 5MU B 654 5-METHYLURIDINE 5'-MONOPHOSPHATE

MODRES 1C0A PSU B 655 PSEUDOURIDINE-5'-MONOPHOSPHATE

MODRES 1C0A PSU B 665 PSEUDOURIDINE-5'-MONOPHOSPHATE

Здесь приведена последовательность тРНК с указанием названий нестандартных оснований и расшифровкой этих названий.

С помощью программы find_pair пакета 3dna получили информацию о парах, мультиплетах и спиральных участках молекулы тРНК. Для удобства я выписала пары и мультиплеты.

Пары:

G601-C672

G602-C671

A603-U670

G604*U669

C605-G668

G606-C667

G607-C666

4SU608**A614

A609**U611

A609**A623

A609**A624

G610*U625

G610**G645

U611-A624

U612-A623

C613-G622

A614*A621

G615**C648

G618**PSU655

G619**H2U620

G619-C656

H2U620*C656

G622**G7M646

A624*G645

U625*G645

A626*G644

C627-G643

C628-G642

U629-A641

G630-C640

C631-G639

C632*C638

G649*PSU665

C650-G664

G651-C663

G652-C662

G653-C661

5MU654**A658

Мультиплеты:

4SU608 + A614 + A621

A609 + U612 + A623

G610 + U625 +G 645

C613 + G622 + G7M646

G619 + H2U620 + C656

U611 + A624 + G645

A609 + U611 + A 624

Схема вторичной структуры тРНК:

При прочтении файла pdb, я обнаружила некоторое несоответствие номеров оснований. Поэтому для создания схемы вторичной структуры я сначала выписала всю последовательность, и пронумеровала от 1 до 77. Из-за несоответствия номеров было сложно выполнять в последующем все задания.

На схеме выделены:

G––C – канонические пары комплементарных оснований;

U––G – неканонические пары;

Неканонические пары располагаются в началах и/или в концах спиралей!!! Это, в принципе, логически понятно: там не обязательна 100-процентная комплементарность, так как комплементарных оснований в "центральных" частях цепей достаточно для формирования более-менее правильной спиральной структуры.

C U QUO – антикодон;

Оранжевые линии – это взаимодействия, обеспечивающее пространственную стабильность (в файле pdb они отмечены «**»).

Зеленые линии - это взаимодействия, обеспечивающее пространственную стабильность (в файле pdb они отмечены «*»).

Светло-зеленые - спиральный стэкинг.

Красные – водородная связь.

	3’ 77 A C C 5’ G	Акцепторный стебель
C-G 1 C-G U-A 70 U-G G-C C-G C-G
		4SU A
60 A G U CCCG PSU G |||| | C PSU 5MUGGGC G 50		10 G UUC A | ||| | U AAG A	H2U G G G H2U H2U G 20
V-петля	C UG7MG G	A
G-C G-C A-U 30 C-G 40 G-C
C-C A U C QUO U

За стабильность L-структуры могут отвечать взаимодействия:

G619-C656

H2U620*C656

A624*G645

U625*G645

A626*G644

4SU608**A614

A609**U611

A609**A623

A609**A624

G610**G645

G615**C648

G618**PSU655

G619**H2U620

G622**G7M646

5MU654**A658

2.  Предсказанная программой Зукера схема вторичной структуры тРНК:

Работа с программой mfold

Результат, полученный при P=15:

Такая структура наиболее соответствует реальности, алгоритм Зукера получил целых восемь изображений, но именно эта оказалась наиболее правдоподобной.

Обсуждение:

Пространственная форма тРНК образуется за счет взаимодействий между T - и D-петлями, которые сближаются и скрепляются между собой посредством образования дополнительных, часто необычных пар оснований[1]. Аналогичные третичные взаимодействия (не сводящиеся к комплементарности водородные связи, неспиральный стэкинг) скрепляют и некоторые другие участки L-структуры.

Предсказание вторичной структуры данной тРНК практически полностью совпадает с данными расшифровки пространственной структуры.

тРНК выполняет две основных функции: акцепторную – способность ковалентно связываться с аминоацильным остатком, превращаясь в аминоацил-тРНК, и адапторную – способность узнавать триплет генетического кода, соответствующий транспортируемой аминокислоте, и обеспечивать поступление аминокислоты на законное место в растущей цепи белка[1]. Но реакция должна быть катализирована специальным ферментом аминоацил-тРНК-синтетазой, которая узнает «свою» тРНК в основном за счет структурного взаимодействия. Таким образом, структура тРНК крайне важна для ее функционирования.

Сопроводительные материалы:

В файле 1с0a. spt содержится скрипт для Rasmol, позволяющий визуализировать основные элементы структуры тРНК из PDB записи 1С0A. pdb.

Материалы и методы:

·  3D структура tRNA извлечена из записи 1С0A. pdb Protein Data Bank.

·  Комплементарность пар определена программой find_pair пакета 3DNA.

·  Результаты обработаны с помощью Word и RasMol.